Kun lisäät jäätä kuumaan veteen, osa veden lämmöstä sulaa jään. Jäljellä oleva lämpö lämmittää jääkylmää vettä, mutta jäähdyttää prosessissa kuumaa vettä. Voit laskea seoksen lopullisen lämpötilan, jos tiedät kuinka paljon kuumaa vettä aloitit, sen lämpötilan ja kuinka paljon jäätä olet lisännyt. Kaksi fysikaalista ominaisuutta - ominaislämpö ja fuusiolämpö - määrää tarkalleen kuinka jää sulaa ja vesi jäähtyy.
Ominaislämpö
Aineen ominaislämpö mittaa kuinka paljon energiaa tarvitaan lämpötilan nostamiseen. Esimerkiksi kun lisäät 1 kalori lämpöä 1 grammaan vettä, se lämpenee 1 celsiusasteella (1,8 astetta Fahrenheit-astetta). Päinvastoin on totta, kun vesi jäähtyy; gramma vettä, joka laskee 1 celsiusasteen, menettää yhden kalorien lämpöenergian. Muilla aineilla on erilaiset lämpötilat. Esimerkiksi lyijyn gramman lämmittäminen 1 celsiusasteella vaatii vain 0,03 kaloria.
Fuusiolämpö
Vesisäiliö menettää yhden kalorin jokaista jäähdytysastetta kohti. Kuitenkin, kun se saavuttaa nolla astetta (32 astetta Fahrenheit), tilanne muuttuu - vesi muuttuu jääksi. Tähän prosessiin liittyy paljon enemmän lämpöenergiaa - 79,7 kaloria / gramma - eikä vesi-jää-seoksen lämpötila muutu ennen kuin kaikki jäätyy kiinteäksi. Kun aine kulkee tämän vaiheen läpi, energiaa kutsutaan fuusiolämmöksi. Vesimolekyylit menettävät ylimääräistä energiaa, kun ne puristuvat kiinteäksi aineeksi. Kun jää on muodostunut, se muuttaa lämpötilaa oman ominaislämmönsä mukaan - 0,49 kaloria / celsiusaste.
Energian muutos
Tarvitset jään ja veden massan sekä veden lämpötilan, jotta voit määrittää tarkalleen kuinka energia muuttuu, kun lisäät jäätä kuumaan veteen. Esimerkiksi ominaislämpöarvonsa vuoksi yksi litra kuumaa vettä 75 celsiusasteessa (167 astetta) Fahrenheit) on 75000 kaloria energiaa enemmän kuin sama määrä vettä 0 astetta (32 astetta) Fahrenheit). 100 gramman jään lisääminen veteen vie 7970 kaloria sen sulattamiseksi; käytettävissä olevasta energiasta tulee 67 030 kaloria. Kun siitä tulee vettä, 100 grammaa vie 1 kaloria astetta kohden kuumassa vedessä jäljellä olevasta lämmöstä, mutta lämpö ei "häviä" - se on yksinkertaisesti siirtynyt kylmään veteen.
Lämpötilan muutos
Kun kuuma vesi menettää 7970 kaloria jään sulattamiseksi, vesi jäähtyy 75: stä 67: een celsiusasteeseen (153 astetta Fahrenheit-astetta). Kuuma vesi menettää lämpöä, kun taas sulaneen jään kylmä vesi saa lämpöä. Tässä esimerkissä vain 100 grammaa jäätä lisätään 1000 grammaan vettä. Siksi kuuma vesi menettää pienen määrän lämpötilaa, kun taas kylmä vesi lämpenee enemmän asteita. Jakamalla 67 030 käytettävissä olevaa kaloria 1100 kokonais grammaan vettä saadaan lopullinen lämpötila noin 61 astetta (142 Fahrenheit-astetta). Kuuma vesi menettää yhteensä 14 astetta (57 astetta Fahrenheit-astetta) ja kylmä vesi nousee 61 astetta. Huomaa, että tulokset riippuvat siitä, kuinka paljon jäätä ja kuumaa vettä sinulla on alussa. Jos lisäät tonnia jäätä 1000 grammaan vettä, kuumalla vedellä ei ole tarpeeksi lämpöä sulattaa koko jäätä.
